автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии выплавки жаропрочных сплавов на основе исследования их удельного электросопротивления

i2>i.i:iJJ

УРАЛЬсМ иРДЙА'' ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМДШ ЛОЛИТЕЖ?ШЪЙ ИНСТИТУТ ии.С.М.КИРОВА

COBEHilSHCTBOBAHffî ТЕХНОЛОГИ! ВЫПЛАВКИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНА! ИХ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Специальность 05.16.02.- Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученоЯ степени кандидата технических наук

Екатеринбург IS92

Работа вкпо;л«й«. к- ис^едре сизк;:;; "рельскгсо отделе трудового Красного Знамени политйсзгсоского института .Кирова.

Н^учн:: . руководитель: 0;"лц'.!ал1:'?.1г сппонсптн:

Ведущее прецлрилтл::

дохгср на;.?;:у

ирс:1аесор Тлгукоп Г.Б. доктор т-схнич-осигу.. науг., профессор Рри.тч11кое С.Г. качдадзд тслг/.гческих нау Агсазнце^

Ьсесс::зни£ ::!!оти?уг

сог-даг.чж " 7 "___^"¿с/?. У г. на за-

седал::;: соЬ?-» л. ,",.053. К .01 пр:, Уродгсг^',: «о-

литехжгаескта: кнгт«пу?о : С..7,Ккроуа 4У______г;.:,-!,

гуд.____.__, ^¡уг.

С дкееортац;:;:" ознакомиться г; би&шэтекс .Ж кг.

С.М.Кирлз.ч,

Бгз отзыв г- сдкогг окзшпл.срс, х-ерЗоъэй п&*&тьх>,

проект направлять по адрз<у: 62СС32,£|«лдр;:н5ур?,1:-2;?Ш С.Н.Кнроеа, учскс:,у секретари ккст-;:гут1., ъел.44-65-74.

Автореферат разослал "__ 15С2 г.'

Ученый секретарь специализированного совета, профессор,доктор .технически: наУк ' •

Н.С.йук

''Актуальность работи

Одной из главных задач производства металлопродукции является повкзение качества и улучшение слуяебгехх характеристик готовых изделий. Основкем направлением реаения этой проблемы служит создание новых парок сталей и сплавов с большим содержанием легируюзцлх элементов. Однако увеличение степени легарованности приводит, з сеоо очередь, к усложнению технологических процессов обработки деталей з твердом состоянии, к удорожанию готовых изделия. Яозтому поиск нош«- нетрадиционных путей решения проблемы повышения качества металла представляется актуальным.

Опыт получения сплавов на основе .хелега и никеля показывает , что металлургические факторы выплавки оказывают существенное влияние на структуру и свойства'готовых изделий. Одним из таких факторов является температурно-временной режим выплавки. Регламентация условий выплавки металла осуществляется на основе тщательного комплексного исследования структуру и физических свойств нидких металлов, ¡к взаимосвязи со структурой и свойствами в твердом состоянии.

Диссертационная работа посвяцека изучении температурных, концентрационных и времся:;: завис::.',¡остей удельного элоктросоп-ротизлэндл сплавов систсм ///-Лё , , прсмьхкан-

нмх жаропрочных композиции. Гь:бор объектов исследования обусловлен большой практической значимостью данных сплззов, сравнительно мальм обменом нк,;срмэт;:;и об кх физических свойствах при высоких .'с:яературох в твердом и жидком состояниях, отсутствием научно обоснованных режимов подготовки расплава перед затвердеванием .

Работа выполнена з соответствии с мезвузовскпми целовь^.;:! научно-техническими программами па 19Е6-1930 гг. "Металл" (п.14.04.0.1, 14.03.01), глиплекспкми программами "Авиационная технологи;-:" и "Порс:п;озал металлургия" .'¿инвуза РС5СР и коорди-национшгд планом АН СССР ло проблеме"^изико-химичесхиз осно„-л мзталлургггтаских процессов" (п.2.£6.II).

■ Иель работа

- углубление представлений о природе структурных изменений в бинарних счлавах никеля с алюминием в твердом и яидхсм состоянии на основе исследования температурки и концентрационных зависимостей их удельного электросопротивления;

- установление закономерности влияния концентрации углерода и содержания в шихте отходов собственного производства на характер строения. металла в жидком состоянии на основе результатов исследований удельного электросопротивления жаропрочных сплавов;

- исследование температурных и временных зависимостей удел: кого электросопротивления промышленных жаропрочных сплавов на основе интерметаллида М^^ - ЕКНА4, ШНА4У,ШНА1В;

- научное обоснование технологии повышения качества жаропрочных сплавов ВКНА4, ЭП741НП, ЭП962П, ВХ4Л за счет формирования равновесной и однородной структуры жидкого металла в проце< се выплавки.

Автор зацжцает

1. Экспериментальные данные об электросопротивлении сплав! /Уу -/1(2 , А/'з (Л^Я)~ . промышленных многокомпонентных

сплавов на основе никеля в интервале 1000-1Б50°С.

2. Зависимость характера политерм удельного электросопротивления металлических расплавов от химического и фазового сос ■тава образцов, времени выдержки вблизи температуры структурных

изменений в расплаве и способа выплавки.

3. Положение о том, что наличие гистерезиса и аномальных

' отклонений на политермах удельного электросопротивления исследованных сплавов обусловлены изменения!,га их структуры.

4. Представления о структуре металлических расплавов,вывс о том, что характер микронеоднородности интерметаллидных расплавов определяется составом интерметаллида типа , в частности, наличием в нем.титана и углерода, вывод о кинетичес ком режиме процесса перехода расплава в равновесное состояние,

■ 5. Результаты комплексного исследования физических свойсч сплавов ЕКНМ, ЭП741НЛ, ЭП962П и ЕХ4Л в иидиом и твердом сост< яниях и практические рекомендации по совершенствованию режимо! их выплавки.

6. Технологические'режимы выплавки сплавов ВКНА4, ЭП741Н] ЭД962П и БХ4Л.

Научная новизна'

I. Получена температурные и концентрационные зависимости удельного электросопротивления сплавов системы М/ - 30 ат.ЙА Выявлено, что вид температурных зависимостей электросопротив-ленш определяется исходным фазовым составом образцов.

В твердой состоянии абсолютные значения электросопротивле-я никель-алюминиевых сплавов, образукщих твердые растворы, нейно увеличиваются с ростом температуры, в ~ю время как поли-рма р интерметаллидных композиций изменяется по параболиче-ой зависимости. В жидком состоянии у всех изученных составов наружен гистерезис политерм электросопротивления при нагреве определенных (критических) температур. Изотермы р А//, -лавов тлеют экстремальный характер.

2. Обнаружено, что углерод оказывает существенное влияние значения критических температур интерметаллидных расплавов.

рактер этого влияния определяется содержанием углерода з спла-

и химическим составом <$азы ( легированного интерметал-да М3ле ).

3. Получены экспериментальные данные о те:,шературных и вре-нных зависимостях удельного электросопротивления промышленных лавов типа ЕКНА к ЭП в области Ю00-1850°С. Выявлено измене-

е структуры жидких жаропрочных сплавов при нагреве до критиче-:лу. температур. Показано, что переход исследованных расплавов | неравновесного состояния в равновесное происходит в кинети-:ском ре-тхиме.

'4. Развиты модельные представления о мшсронеоднородном ■роении 1.:эталлических расплазов, что позволило с единых пози-(й обсудить полученные результаты;

В основу предлагаемой физической картины структурных изме-. гний в интерметаллидных расплавах положены представления о том, ?о не разупорядочивается полностью при' плавлении. В

"о структуре остаются домены ( микрогруппировки с упорядочении строением, размерами в несколько сотен ангстрем), разруше-1е которых протекает в расшгзве- при температурах 1450-1570°С. Практическая ценность

- расширен банк экспериментальных дашззс об удельном электро-шротквлении сплазоз систем М - , » продленных жаропрочных композиций;

- 'предложены режимы тер,'.овременной обработки (ТБО) мкогоком-знентных .г.аропро-чных сплавов. Реализация раэработанипх техно-эгий в условиях НПО "Сатурн",НПО ВИЛС позволила повысить каче-гво готовых изделий, увеличить выход годной фракции на 25^ для ллава ЭП952Л и на 55% для сплава ЭП741КП, увеличить пластичность

сплава БКНА4 в 1,5 раза и сплава ЕХ4Л на 20-ЗСЙ. Эконемнче-

сккй эффект от внедрения рекомендаций данной работы на НПО "Сатурн" состаыл 151,57 тыс. рублей.

Апробация работа

Основное содержание диссертации отра~енс в 10 публикациях. Результаты работы доложены и сбсукдены ка следующих Всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах: "Взаимосвязь жидкого и твердого гсталдических состоянии" (Свердловск, 1967;Ссчи,1991), "Бликкий порядок в металлических расплавах к структурно-чуьст-вительные свойства вблизи границ устойчивости $аз" (Львов, 19й6), "¿1орозкова.: металлургия" (Свердловск, 19о9), Первой Со-ветско-Чехословатском агмдозиуме по теории металлургических процессов (Москва, 19о9), "^лзико-хикичеекпе основы производства металлургических сплавов" (Алма-Ата, 1990), "Строение и свойства металлических и гслаковых расплавсЕ" (Челябинск,1990).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.Объем работы - 131 с, из них основной текст - 87 с, рисунков - 43, таблиц - 3, библиографический список состоят из 135 названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАВДШ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертацион-й работы, формируется её цель, научная новиз. а, практическая нность результатов исследований, а также.приводятся основные лот.ения, вынесенные на защиту.

Первая глава диссертационной работы содержит краткий обзор тературных данных, связанных с темой исследований. В ней пред-авлена диаграмма состояния системы ИЛ'- 3G?> AI, обсуэдаются обенности структуры соединения M'¿¡/l£ , приводятся сведения физических и механических ■ свойствах интермэталлида ,

мечена противоречивость экспериментальных данных о характере орядочения и разупорядочения сплава М'уАв. при высоких тем-ратурах.'

Рассмотрено влияние различных методов воздействия на рас-аз с цель» повышения качества твердого металла. Отмечается, о термовременная обработка расплава является научно пбосн^ван-м и эффективным .методом воздействия на жидкий металл,способ-'вукщим его переходу в равновесное состояние-. Применение ТВО зволяет управлять строением металлической "идкости и соответ-■зенно струг.турообразоЕслнс.". твердого металла.

Далее проведен анализ зозгто.чных факторов формирования струк-рн и слунебкьгх свойств жаропрочных ннкелеалх сплавов. Показано, •о наряду с разработкой оптимальных температурнэ-временкых реяи-в гыплазки жаропрочных сплавов необходимо такяе решение связьн-х с ТЗО расплава проблем, например, повышения стойкости футе-еки плавильного тигля, возможности устойчивого регулирования измерения температуры печи в широком диапазоне и т.д.

Во второй главе . описана теория бесконтактного метода исслэ-вания удельного электросопротивления, показаны его преимуп;ест-. перед другими методами, в частности, нсзосмо.тлость" загрлзнс-я исследуемого металла измерителыгым:: контактами, измерение ектросопротивления образца в твердом и жидком состояниях, с. же в интервала лнквндус-солидус.

Подробно рассмотрены конструктивные особенности установки измерению удельного электросопротивления. Показано, что пи-рвал рабочих температур составляет 900-195 0°G. Модернизирован |Оцесс измерения тока в обмотках статора путем установки ярибо-., являющегося одновременно таймером и рала переключения ампер-¡тра с одной обмотки на другу».

Отдельный параграф этой главы посвящен анализу погрешностей определения электросопротивления. Максимальная озибка при определении абсолютных значений составляет 3;5 при доверительной вероятности Р=0,95. Погрешность внутри одного опыта не превыла-ет Т" при Р=0,95.

Описаны способы приготовления образцов и дана их аттестация.

для синтеза бинарных сплавов никеля с алюминием использовг лисъ никель марки Н-0, дегазированный в вакууме,и алюминий марки А 599. Сплавление элементов осуществляли в вакуумно-индук ционной печи (ВШ; в атмосфере аргона при - 1500°С с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ЦДЛ). ВДП применялось б целях устранения пористости образцов. Далее проводился выборочный количественный анализ на содержание алюминия атсмно-абсорб-ционнкы методом, который подтвердил наличие этого элемента в указанной концентрации с реальны:.! отклонением - 0,016 вес %.

Структура образцов в области существования интериеталлида (24-27 ат % А1) аттестовалась рентгеноспектраль-кым и металлографическим методами. По результатам этих исследований установили, что в изученных образцах, кроме фазы,присутствует незначительное количество (следы) эвтектических или перитекткческих фаз типа (/'+/) и С^'-ь> - В структуре обраэцо содержащих 25 ат % А1, присутствует до I об£ перитектики

Содержанке кислорода к азота в образцах определяли на газоанализаторах Моит^-С - 350 и / _ 450 методом восстановительного плавления. Концентрация газов в образцах в зависимости от состава варьировалась незначигельн." и составляла 0,003 мас.Й / 0/ и 0,001 мас.Й /Л/ /.

Модельные сплавы Т-'ч 'с углеродом выплав-

лялись из чистых компонентов в ВЖ1 в атмосфере аргона.Легирование углеродом осуществляли введением его в шихту. Все сплавы после выплавки анализировались на содержание основных компонентов, а также на кислород. - '

Образцы промышленных жаропрочных'сплавов приготовлялись на заводах-изготовителях по серийной технологии.

В третьей главе приводятся основные экспериментальные результаты исследования концентрационных и временных зависимостей удельного электросопротивления сплавов системы /¡А-/1& , рас-

иотрено влияние углерода на удельное электросопротивление ин-эрмэталлидных (на базе М'з^ ) сплавов А/'^^^е Я* и :ША4У, а также результаты исследования ряда промышленных жаро-рочных ко:л!озиций.

Политермы удельного электросопротивления сплавов системы [//-ЛйГ представлены на рис.1.

Обнаружено,что характер температурной зависимости электро-эпротивления определяется исходным фазовым составом образца, ля сплавов, образующих твердые растворы, политераа р в твер-эм состоянии имеет линейный характер, в то время как для спла-ов,принадлежащих к интерметаллиду М'^Лб?, она изменяется по араболической зависимости. При этом на политерме р фиксиру-гся температура £ ^ при которой происходит изменение коэ^-щиента . и температура начиная с которой

ронсходйт интенсивное уменьшение электросопротивления вплоть э температуры плавления. Высказано предположение, чтс при роисходят структурные изменения, связанные с изменением коли-аства и размеров энтифазкых доменов, а при нагреве выше г? ^ ачинается процесс разупорядочения в .

В жидком состоянии на политермах обнаружен гистерезис при агреве образцов до критических температур ( ¿к ). Показано,что начёния критических температур сплавов, образугацих твердые растворы, на 50-Ю0°С вшле, чем у интерметаллидных. Нагрев до к риводит к гистерезису р в твердом состоянии. Для интерме-аллидных композиций гистерезис р в твердом проявляется и в лучае нагрева расплава низе г£ к и даже без расплавления об-азца. Однако только после нагрева сплава з жидком состоянии о •£ к значение при охлаждении на 25-30°С ниже, чем при

агреве, а величина гистерезиса максимальна.

На рис.2 представлены изотермы удельного электросопротивле-ия сплавов системы АЛ-А& в твердом и жидком состояниях. Как идно из рис. 2, характер изменения изотермы р в области твер-ах растворов монотонный, в то время как в интервале концентраций 2,5-30 ат % А1 -экстремальный.

Приведем качественное объяснение полученных концентрацион-ых зависимостей. В твердом состоянии сплавы со структурой твер-ых растворов обладают тем большим электросопротивлением, чем альае по своему составу сплав отстоит от чистых компонентов следствие искажения кристаллической решетки растворителя и ве-оятного химического взаимодействия компонентов.

9

Рис.1. Температурные зависимости удельного электросопротивл сплавов никеля с алюминием при нагреве ( » ) и охлаж нии Со). Цифрьт у политерм-содержание алюминия в ат % в скобках - в вес %■

ис.2 . Концентрационные зависимости удельного

электросопротивления сплавов никеля с алюминием о твердом состоянии (а) при 1250°С (I), Ю50°С (2), а также в жидком состоянии (б) при 1э00°С (3) и 1сС0°С (1):

® — нагрев, о - охлаждение

Именно этим объясняется рост электросопротивления в ряду с 5, 10 и 15 ит.Л А1. Немонотонность роста р (максимум при 10 ат.; А1) связана, по-видимому, с принадлежностью данных сплавов к ! однородном твердым растворам, способным образовывать области . кального упорядочения.

Для пнтерметаллидных сплавов со структурой Л/'з в

качестве допущения примем во внимание, что образец с 22,5 ат./ представляет собой метастабнлькьгй сплав АУ/'з л в . Сплавы зт< группы обладахзт более высокими значениями р по сравнению с т1 дыми растворами на изотермах. С другой стороны, для сплавов < 24 и 27 ат.Г^ А1 абсолютные значения р экстремально низкие г.( сравнению с интерметаллидными сплавами (за исключением обеих изотерм, построенных по результатам измерения р при охлаждении). Такой разброс экспериментальных данных определяется однс временным действием двух механизмов взаимодействия атомов рассматриваемых элементов. Один из них - это усиление химическогс взаимодействия компонентов при упорядочении и, как следствие этого, уменьшение числа электронов проводимости. Другой - боле высокая степень симметрии электрического поля ионного остова упорядоченной кристаллической решетки. Преобладание одного из этих механизмов ведет или к увеличению значений р по сравно;-с твердыми растворами (как в первом случае), или к их уменьзэь (как во втором случае). В жидком состоянии характер концентра! онной зависимости коррелирует с твердым, но разница в максима! них и минимальных значениях существенно меньше.

Получены данные о влиянии углерода на температурные завис мости электросопротивления интерметаллидных сплавов \

и ЕКНА4У. Выяснилось, что введение углерода в сплав АЛгеА^ю / до 0,15 вес.% приводит к смещении аномалии в жидком состоянии более высокотемпературную область, в то время как добавление у лерода в количестве 0,3 и 0,7 вес.,1» сдвигает эту аномалию в с ласть более низких температур (см. рис. 3).

Несколько иное влияние углерода на вид пслитермы р сбнат жено для промышленного интерметаллидногб сплава ВКНА4У (см.рис у всех изученных сплавов обнаружен гистерезис удельного элект{ сопротивления в интервале • Для сплавов ЕЧКА1У с уг/

родом, начиная с определенной температуры, наблюдается ансмаль ное уменьшение абсолютных значений р . Данную температуру обе знач;ш как вторую критическую ( ¿к2). Значения температур {^

Рис.3. Температурные зависимости удельного электросопротивления еллчва с углеродом при нагрево (о ) и охлаждении (о). Цифры у кривых -содержание углерода в вес /о

Ç-зависят о? содержания углерода з сплаве: с ростом концентрации углерода значения У / , укзныггстся.

Приведение г.мле экспбр/.ч^нтоль!.-.:? да ля ta кз позволяют од-•.озкачно интерпретировать характер зякгаг.'.я углерода на удельное 1лек'.росопрэт::плето!о. llpwtna этого крозтея» по-з,:д1г:о:!у, в ров-:;в;нсм фезовсу составе пехедазе тверд-' образцов.

Мет^члотрг-.-Гимесх::'..-:: ксследоггнагз! з структур-з сплава т-■■ '-:э' -г 0 обкгр^гг.сно следовательно,

тлерод входит в сес-гач м::кт'огтупг::рого:: Ti ) - С,пс:лл-

а:-; хли г.он'.'Г.гл, в зависимое.-:: от хенгентргмин, их териггес'куэ стойчпвссть. Ньпрсгиз, г. оост-гло спл:."?з. ПС;'-*" с уг.'/еведем, роме ,У'- for;v, :/- Vг-i :: -.у.:- :.::-:• ' Í - " } ::-р5иди

после,пег.л: ель:-:: сть сгру::^.р:сгл в пр?дстав-

г.зтел г:сг'.-:::ел: при перге" ■эткг.гркгуге происходит

"зр'-"ге:'.:'.е :':;'-;р"7;;уг:л::ропо::, н>::л?.г":-":: '■::.••;:: п-'гс",:;::л V'-vîur.-, рн второй ::рнг;:"ес::сГ;.- мгрЛтдт-в: "Х^тиц.

рис. 5.5 1:р::::едс:::л г:ол'-;: гмгелтросопрг/тиглопил v.^zrr.rj-сн:-г.гх . ......м/.-'-",FVÏiAIS Seo углс;оз~

оггрс'тх'ле^.'хл б'гкорнмх спл.~о:" /V'"'-'- '■"■

состоит - сулостгс-В'-:::;: С'П'^пру^дой

r:::e процесса растгср:••;•:.■: зг те {'.''-;■'.,■ :з млгр::!;,'-«

пели: ер-: р :::;::.:':: сои. о::нг: ..: •:.*. ~. s гдела: о..

- с рос:;:: концентрmr:;: : слл^ло г.." г;::-;'' i;'..,

- „ .на пели'^рм-в О -е гг _v.:> сг- сс,::р~ углерод-: " спл;:";".' :•:? :: с: ; ■■■".':.м:;-у.г'м :. особенностей его ("ее о::': г о cvp:e:-::::. 3 ■ r.vocr:;, ïl*."!i.'l:i

0, II" о ?" •; _ с.м.у:-сг:ус:-. ' г: Гй':

ярко r:::pr.

- кг:: 'jo:::-.':о y'eípT'pxr;:": едгг^хгс ;■ тс: ::'ль:г: v.<2Z:X'ÍU\ с ,,„. .

1'л:гелы:зе с-входов сс^сг. его прохз:сдл (лит-

<:onzx систем, брак), об-ем отчедоэ ":нсгд.;; прс: :г.:оог мае-■ готового изделия. Пезтс:.-,\ при производстве .детелей ГГД все трез потает проблема ::в:.:.тле:гсного кепользеегх«::.

Рис.5. Полктермн удельного электросопротивления сплавов ЕККА4 и ВКНА4У при нагреве ( с )

и охлаждении (о ) : .

■£ - температура первой аномалии, ¿ад,- температура второй аномалии, ¿0 - температура солидус, ■Iл - температура ликвидус,

- первая криткчзская температура, /„, - вторая критическая температура

Рис.6. Политерш электросопротивления сплавов ВКНА1В без углерода и с 0,18% С при нагреве (• ) и охлаждении (о). Цифры в скобках - смещение вдоль от ординат:

-/ - температура первой аномалии, ~ анз

у - температура второй аномалии, ^ ан 2.

/„ - критическая температура ~ К

Однако,как показывает практика,применение значительного количества отходов в составе шихты часто приводит к снижению таких служебных свойств, как жаропрочность,пластичность и других, а также к появлению литейных дефектов, например,пористосг, и поверхностных карбидов. Это объясняется в основном тем,что при многократном использовании отходов, в частности, возврата собственного производства, в сплаве происходит накопление ряда вредных примесей. В настоящей работе решение проблемы комплексного использования отходов собственного производства жаропрочных сплавов предложено релать с помощью термовремонной обработки расплава. С этой целью исследовалось удельное электросопротивление сплавов ЖС32, выплавленного на чистой пихте и с 60,» отходов, ВХ4Л с 16, 70 и оОотходов, ЭП962П, выплавленный на тетей иихте, с 40% литейных отходов и 100,5 скомпактированного .. - зяка. Типичный вид политерм указанных сплавов приведен на р.ю.7, а влияние количества отходов собственного производства в лпхте на значение критической темгератури - на рис.8.Как видно из рис. 8, увеличение количества отходов в шихте приводи! к увеличению значения ¿к.

Приведенные в третьей главе результаты исследований удельного электросопротивления различных сплавов требуют своей инте! прзтации, которую проведем, используя основные положения квазихимического варианта модели микронеоднородного строения металлических расплавов. Согласно им, расплав при небольших перегревах над ликвидусом представляет собой неравновесную неоднородную систему. Интенсивное разруиение неравновесных микрообразований, происходящие в определенных температурных интервалах, является причиной отклонения лслитерм соответствующих физических свойств от классических зависимостей. Распад подоб;ых атомных ассоциаций соответствует переходу расплава в более однородное и равновесное состояние.

По нашему мнению, в жидких жаропрочных многокомпонентных сплавах сразу после расплавления существует структура, состоящая из микрообразований типа^'з( А1,Т!) и ультрадисперсных к ар б и; ных включений. При достижении критических температур происходит вначале разрушение структуры,состоящей из микрообразований интерметаллидного соединения (при а затем ультрадисперс-

ных тугоплавких частиц (при £ к2 ). При последующем охлаждении расплава образующиеся в системе микрообразования будут иметь иной состав и строение.

Рис.7. Типичный вид полит'зри удельного электросопротивления сплавов Б/.4Л и Ш902П в .«.ядком состоянии

Рис.Б. Влияние количества отходов собственного производства в дмхте на значение критической температуры о _ для сплаза ВХ4Л, о - для сплаза ЭП962П, $ - для сплава к(332

Заметам, что значение ^ к1 зависит от концентрации углг

рода в расплаве: ■/„. уменьшается экспоненциально с ростом / / 1 Вместе с тем, растет с увеличением содержания у - образ]

щих элементов в сплаве:алюминий,титан,ниобий.Обнаружено, что

■¿кг_ фиксируется только у сплавов с содержанием углерода не

менее 0,1% и имеющих при комнатной температуре более 50% у'-с

зы.

Для интерметаллидных расплавов отмеченные эакономерност! не проявляются. По-видимому, структурные превращения в этих сплазах имеют другую природу, а именно: структура жидкого ин-терме таллида содержит упорядоченные фрагменты исхо;

ного твердого интерметаллида размерами в несколько сотен ангстрем, их разрушение происходит в кинетическом режиме при те! пературах 1450-1570°С. При добавлении титана или других у'-образующих элементов в АЛ^Ав. характер разупорядочения М' нлэгея, однако в -расплаве существуют области локального ближнего порядка типа Л/'з(А1,Т1* ). Распад" таких микрогруппирово: происходит при температурах 1750°С и выше.

В первом разделе четвертой главы приведены температурные зависимости удельного электросопротивления, кинематическ вязкости, магнитной восприимчивости и плотности сплава ВКНА4 По результатам комплексных исследований выявлено,что нагрев расплава до критических температур приводит к гистерезису вс изученных свойств. Полученные сведения о физических свойства расплава ВКНА4 позволили разработать рекомендации по соверае ствованию режимов их выплавки.. В основу рекомендаций положен применение ТВО расплава. Реализация преклоненных режимов ТВО привела к измельчению карбидных и эвтектических-выделений в структуре металла, изменению их морфологии от скоагулированн скоплений неправильной формы от отдельных полиэдрических час тиц, возрастанию объемной доли эвтектики в сплаве. Результат механических испытаний образцов на пластичность и кратковрем ную прочность выявили увеличение пластических характеристик сплава,выплавленного с применением ТВО в 1,5 раза при незнач тельном (ке более 10$) уменьшении его прочности. Такое измен ние структуры и свойств сплава ВКНА 4 позволило устранить'ос новной его недостаток - наличие больного количества горячих трещин в отливках.

В разделе 4.2 исследованы температурные зависимости удельно электросопротивления и кинематической вязкости жаропрочных эмулируемых сплавов ЭП741НП и ЭП962П.

Установлено, что строение жидкого жаропрочного сплава пре-эпевает существенное изменение при достижении критических iсм-эатур и проявляется в гистерезисе политерм вязкости и электро-:ротивления.

На основе приведенных выше результатов разработаны рекомен-;ии по совершенствованию технологии подготовки расплава ЭП962П 5П74ШП к диспергированию методом вращающегося электрода. Цветографический анализ гаплазленных с пртенением ТВО злектро-э выявил измельчение карбидных и эвтектических включений:эяь-;енке количества карбидов в структуре сбои сплавов.

Исследование характера распределения основных легирующих »гантов по сечению зерна сплавов ЭП741КП и ЭП962П, выполнен-з йрцероЕым A.A. и Прокопьевск Т.Н. на шкрозондовом анали-rope VXA-733, показало повышение химической однородности

itkob.

При производстве поролков методом распыления вращающегося гхтрода, применение ТЕО на стадии выплавки электродов позво-ю повысить качество поропка, улучпкть его однородность,повысь выход годной фракции на £5-ЗСЙ для.сплава ЗП552П и на 50-I для сплава ЭП741НД.

'По результатам работа получено авторское свидетельство ка . эбретение, на международной выставке "Порошковая метаялургия-' совместно с ЕИЯСом (г.Москва) представлен экспонат. . Разработаны режимы термоЕрег*екной 'обработки сплава ВХ4Л в ;ком состоянии. .

Внедрение ТВО расплава при производстве деталей из сплава LT приводит к измельчению карбидных составляющих структуры хаза и увеличения их количества. После термообработки для об-зцов,выплавленных с ТВО, характерно увеличение значений плас-гности на 20-30^2. Кроме того, нагрев расплава до критических лератур способствует устранению cito агул;фо ванных колоний по-зхностных карбонитридов.

Завершает работу список литературы и приложение,в том числе ? внедрения результатов работы на НПО "Сатурн", два авторских ¡детельства на изобретение.

здклшлш

Выполненная работа посвящена изучении удельного электросопротивления сплавов на основе никеля: сплавов систем:.: AJi-At карслрочннх сплавов ВКНМ,' БКНА4У, БКпА1В,Эа9б2!1, ЭП7-ШШ и 11олучекы кокые сведения сб абсслэтних значения/, удельного ол-зк1 росопротивлешш и о характере его температурных, коьцэнтоацно] них и Ь1>.монщ!х зависимостей. Анализ экспериментальных результ; тов позволил объяснить ряд особенностей изменения структура :г:н; к их и тв?рднх образцов в хода их нагрева и последующего охлаждения. Полученные сведения использованы при разработке технологии выплавка промышленных жаропрочных сплавов.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Проведено исследование температурных к концентрацноннь: завис/гостей удельного электросопротивления бинарных еллавоз н: келя. с ататикнем в области концентрации»образующих твердое рас воры и шяерыегаллад . Установлено, что вид тзкгюрату] нмх зависимостей р определяется исходным фазовым составом сплава. В твердом состоянии абсолютные значения электросопротп: ленпя никель-алюминиевых сплавов, образующих твердые раствори, линейно увеличиваются с ростом температуры, в то время как пол; терма р интерметаллидных композиций изменяется по параболич: ской зависимости.

Кроме того, на политермг р упорядоченных сплавов фиксируется особая температура (обозначенная как t^ ), при которой происходит изменение коэффициента . По-вэдтаому, пр;

ото," температуре происходят структурные превращения, СБязанныг с изменением количества и размеров антигазкых доменов. Показан! что разупоредочэние интерметаллнда- /J>'3A<2. начинается примерно за Ю0°С до его плавления к проявляется в уменьшении зле: росолротивления вплоть до i .

В жидком состоянии 'обнаружено явление гистерезиса при нз • греве до определенных (критических) температур. Гистерезис элек рссспротивленкя связан с устранением Наследственного влияния на расплав структуры исходного твердого образца и переходом системы в равновесное состояние.

2. Установлено,что твердые растЕоры,г.о сравнению со сверхструктурой А/'зАО- ,имеют более высокие абсолютные значения : дедком состоянии и меньшие в твердом. Для интерметаллидных сос-

з величина электросопротивления значительно зависит от со-ания алюминия в сплаве дате в пределах одного атомного про-а, что свидетельствует о существенном влиянии степени откло-■I от стехиометрии на электронное строение Л//^ 3. Еаявлено сильное и неоднозначное влияние углерода на ьное электросопротивление интзрметаллидшх расплавов.Уста-ено, что углерод в количестве 0, 1Ъ% п сплаве обствует смещению аномалии на политорте р в более высо-мпературную область, в то время как для про!аяглз!шого интэрмо-^ идного сплава КША4У он приводит, зо-псрзых,к ситаению кри-ской температуры, и, во-вторых, к появлэнзпэ перегиба на по-рмз р ,(т.е.к изменении коэффициента '^Р/'з- ),причем ение температуры перегиба С зависит от содержания уг-

да в сплаве: при большем содержании С значение 'йггменьше, е противоположное влия!ше углерода объясняется различием в аве у' - фазы и в типе образующихся карбидов у изученных лов.

4. Выполнен исследования температурных и временных зависи-ой удельного электросопротивления про:,золенных жаропрочных зов. Показано, что при совпадении общего характера политерм ответствующгали хрипы:,ш з бинарных и модельных сплавех,проемные композиции имеют ряд особенностей. 3 частности,на норме р сплава ЕКНА4 наблдцается аномальное изменение знай электросопротивления в'интервале 1725-1630°С. Верхний ел этого интервала обозначен , Подобное изменение элекя-опротивления объясняется распадом ультрадисперсных гетеро-ых карбидных частиц. Выполнен анализ процесса перехода раса в равновесное и.однородное состояние.. Установлено, что ый процесс протекает з кинетическом ре.-::;с.:е. о. Конкретизированы некоторые полог.сиил нгазпх^.нпеского ила модели :.:и:гренеоднородного стрсе;:."я моталдт-ясгяэс рас-зз. 3 сснопу предлагаемой сизн-гескоП керсига структурно:. не::;;л а интэрмегсллидаитс росплсягк пэ.-07.с:пг г.тодстаздекля м, чю не разупорядочипло-т-сл полностью пр::

лснни. 3 его структуре остаются домены (млкрсгруппнрозки с ■ядоченкым строение:!, размерами в несколько сотен енгстрзи), уссние которых протекает в расплате при температура:: 1450-■°С. Иными словами, в гидг.см состоянии происходит доразупоря,-* кие сплава,протекающее в кинетическом резкие.

6. Разработаны режимы термсвременной обработки промышленных каропрочн: л сплавов. Оптимальная температура выплавки и разливки, а такта время выдержки при них составляет:

- для сплава ВКНА4 - к Ч? 1630°С, 16 мин;

= 1430°С, 10 мин;

- для сплава ЗП741НП -■6 = 14ъ0сС, 10 мин; и 1о00°С, 15 мин;

- ДЛЯ сплава ЭП962П - 4 = 1750°С, 20 мин;

-¿р= 14о0°С, 10 сплава ВХ4Л -= 150СсС, 10 мин;

- ДЛЯ мин. ъ4 II 1В30°С, 15 мин;

7. ТБО расплава приводит к измельчению дендритной структура карбидных и эвтектических включений. На сплавах ЭП741НП и ЭП962П отмечено повышение химической однородности распределения основных легирующих элементов по зерну. Реализация предложенных режимов способствовала увеличению объемной доли эвтектики и угле: шению количества карбидов.

В. Установлено,что ТВО расплава способствует увеличению пластичности твердого сплава ВХ.4Л на 20-30^, а сплава ЕКНА4 в 1,5 раза. Кроме того, в структуре сплава ВХ4Л не обнаружено крупных скоагулкроЕанннх скоплений поверхностных карбонитр;;дов, а в отливках сплава БХНА4 устранены горячие трещины.

9. Применение ГВО позволяет положительно репить вопрос о создании безотходных технологий. Разработанная технология позволяет использовать любое количество возврата литников и бракованных деталей, годных по химическому составу.

Ю. На примера гранулируемых жаропрочных сплавов ЭП952П и ЭП741КП показано, что ТВО расплава приводит к повызешп-з выхода годной фракции горошка на 25-30," для первого сплава и на ЪЪ% для второго. При этом полученный порошок обоих сплавов характеризуется меньшей пористостью и бсльлей сферичностью.

II. Оригинальность и приоритет технологий подтверждены авторским свидетельством и положительным решением по заявкам на изобрэтекие. На НПО "Сатурн" внедрены в производство результаты исследований, общий экономический эффект которых, составляет 151,57 тыс.рублей.

Осноешз результаты диссертаций опубликованы в работах:

. Влияние подготовки расплава на структуру и свойства интерме-таллидного сплава на основе /Б.В.Нл<солаез,Г.В.Тягу-

нов,Б.А.Еаум и др.//11зв.АН СССР.Металлы.1391.И. 101-110 С. •

. Получение зтлизок с гарантированным уровнен качества /Э.З.Колотухин,В.Н.Ларионов,А.Кулешова,Б.В.Николаев// Литейное производство. 1968. 1Р 9* 11-12 С.

. 0 кинетическом режиме процесса релаксации структуры многокомпонентного металлического расплава /Э.В.Колотухин,г4в.Тя-гунов, Б.В.Николаев,Б.А.Баум// ¡КЗХ.1989.Т.63..74Л11В-П21С..

. Влияние термообработки на структуру и свойства никелевого сплава / Б.В.Николаев, Г.З.Тягунов.З.Н.Хлыстов,Ю.А.Потопаева //Литейное производство. 1991. 4. 9-11 С.

. Влияние содержания литниковых отходов з шихтовой заготовке на характер политерм физических свойств яидких жаропрочных сплавов / ГиД.Родионов,Б.В.Николаев, З.Н.Ларионов и др.//

Теэ.УП Всес.конф."Строение и свойства мзталличэских и си-лановых расплавов". Челябинск. 1990. 45-47 С.

. Свойства многокомпонентных расплавов на основа никеля,' /Г.В.Тягунов, Ю.А.Базин, Э.В.Колотухин, П.Д.Родионов,Б.В.Николаев, Г.Я.Булер, Б.А.Медведев// 1-й Советско-Чехословацкий симпозиум по теории металлургических процессов.4.1. Структура и физико-химические свойства металлических и шлаковых расплавов.Москва. 1989.

. Влияние содержания церия на удельное электросопротивление жидких хромоникелевых сплавов /Г.В.Тягунов, Б.В.Киколаев, В.С.Целелев, П.Д.Родионов// Тез.докладов науч.техн.семинара "Влияний порядок в металлических расплавах и структурно-чувствительные свойства вблизи границ устойчивости фаз". Львов .1988.

¡. Подготовка расплава яри производстве заготовок деталей газотурбинных двигателей'из жаропрочных никелевых сплавов.//О.У..Фат-

куллин,А.А.0фицеров,Т.П.Прокопьева,Б.В.Биколаез// П Всес, школа-семинар "Взаимосвязь жидкого и твердого металлических состояний". Сочи. 1991.

S. A.c. » 1603630 CGCP.MKM В 22 0 27/04.Способ изготовл ния отливок кз жаропрочных сплавов / Б.В.Николаев,Г.В ' гунов, Б.А.Баум и др. JA 464 5826; Заявл.27.10.1983; Опубл.10.7.1990.

10.А.о. № 1649737 СССР,.МКИ В 22 9/10.Способ получения порошков / Б.В.Николаев, Г.В.Тягунов, ¿.¿.Барышев и д Ш 4740224; Заявл.26.09.89; Опубл.15.01.91. ■

Подлизано в печать 30.09.92' Формат 60x8-1 I/I6

Бумага прочая Плоская печать Усл.п.л. 1,63

Уч.-изд.л. 1,44 Тирач: ICO Заказ 629 . Бесплатно

Редакциснно-Ездателъский отдел УШ им.С.М.Кирова 620G02, Екатеринбург, УШ, 8-е учебный корпус Ротапринт УШ. 62С002, Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корщ